Optimalkan jalur pengembalian sinyal dengan kapasitor decoupling di papan dua lapisan

Saya merancang papan dua lapisan yang cukup rumit - saya harus benar-benar menggunakan 4 lapisan, tapi bukan itu intinya di sini. Saya sudah selesai dengan penempatan komponen dan perutean dan saya sedang melakukan sentuhan akhir seperti memastikan pesawat ground menutupi sebagian besar papan dan dijahit dengan baik (alias ground gridding).

Di area tertentu, saya memiliki jejak sinyal (misalnya SPI) yang diletakkan di atas bidang tanah, kemudian jejak daya (14V), lalu bidang tanah lainnya. Tidak ada cara saya bisa memindahkan jejak daya ini keluar dari jalan, jadi saya pikir saya bisa membiarkan arus balik sinyal melewatinya dengan memiliki beberapa kapasitor decoupling (100nF) antara jejak daya dan pesawat ground, tepat di bawah jejak sinyal saya.

Inilah gambar dari apa yang saya pikirkan:

Apakah ini ide yang baik untuk mengurangi area loop sinyal dan mengendalikan EMI?

Saya tidak melihat titik untuk semua kompleksitas ini dan saya yakin bahwa menambahkan kapasitor meningkatkan kebisingan dari rangkaian. Sinyal digital yang melalui jejak daya tidak penting selama Anda menempatkan kapasitor decoupling di sebelah perangkat bertenaga. Sinyal digital adalah ujung yang relatif cepat dan seharusnya tidak mempengaruhi banyak jejak daya. Sebagian besar IC juga memiliki penolakan noise pada pin catu dayanya, jadi sebenarnya bukan masalah besar. Juga, jejak SPI Anda tegak lurus terhadap jejak daya, yang berarti crosstalk akan menjadi minimal.

— lucas92

Saya tidak khawatir tentang integritas sinyal atau sambungan antara jejak, ini bukan poin dari pertanyaan saya. Jalur pengembalian sinyal cukup panjang dan tidak tepat di bawah jejak sinyal, yang biasanya direkomendasikan. Saya ingat pernah membaca tentang teknik yang saya coba terapkan dalam kasus sinyal USB dan beberapa catatan aplikasi direkomendasikan menggunakan kapasitor untuk membiarkan aliran arus balik sedekat mungkin dengan jejak sinyal di lapisan lain.

Oh, Anda khawatir tentang jalur pulang tanah. Saya salah paham pertanyaannya. Saya tidak yakin tentang yang itu, Anda mungkin akhirnya akan menambahkan suara ke jejak daya kan?

— lucas92

Aku juga bertanya-tanya. Arus yang terlibat sangat kecil dan jejak daya disaring di dekat setiap IC yang terhubung dengannya (bypass caps) jadi saya tidak yakin apakah itu akan menjadi masalah.

Tetapi jika Anda melakukannya dengan cara ini, apa yang akan mengatur referensi DC ke tanah GND lokal? Anda perlu jejak lain untuk referensi DC?

— lucas92

Anda benar dalam pengertian Anda. Arus balik dari sinyal apa pun ingin mengikuti jalur yang sama dengan sinyal itu sendiri menggunakan ground atau power plane yang berdekatan. Jika bidang tanah rusak itu masih akan menemukan jalur kembali ke sumber sinyal, tetapi dengan jalur yang lebih lama kurang optimal yang dapat menghasilkan emisi yang lebih tinggi dan kekebalan yang lebih buruk. Apakah ini merupakan masalah dalam desain Anda tergantung pada banyak faktor seperti kecepatan clock sinyal, dan yang lebih penting adalah kecepatan edge-nya.

Jika Anda berpikir itu mungkin masalah (dan mungkin Anda lakukan) maka solusi terbaik adalah dengan menggunakan 4 atau lebih lapisan papan sehingga Anda memiliki bidang tanah yang tidak terputus. Dengan menggunakan papan 2 layer Anda bisa menambahkan tautan 0805 atau 1206 nol-Ohm untuk menjahit kedua bidang tanah bersamaan pada titik di mana mereka rusak untuk memberikan jalur pengembalian saat ini.

— Steve G
sumber

Saya pikir juga begitu. Saya mungkin pergi untuk papan 4 lapisan di iterasi berikutnya dari prototipe saya, tetapi sampai sekarang ini tidak benar-benar pilihan (dan kepatuhan EMI belum menjadi masalah). Slot yang dibuat oleh jejak daya terlalu lebar untuk menjembatani dengan nol ohm, maka solusi kapasitor saya. Saya juga menemukan makalah ini yang menunjukkan bahwa kapasitor jahitan adalah suboptimal tetapi layak untuk frekuensi (atau kecepatan tepi) kurang dari 100MHz.

Saya lupa menyebutkan bahwa kertas yang terhubung di atas secara langsung menghubungkan dua pesawat referensi sedangkan saya harus "merutekan" arus balik sinyal melalui jejak perantara.

Saya tidak berpikir bahwa solusi kapasitor Anda akan menyebabkan masalah, saya hanya berpikir itu tidak sebagus langsung menjahit pesawat dengan 0R.

— Steve G